La historia de un gusano

      Hoy deseaba escribir sobre un gusano, la historia de un gusano. Un nematodo de suelo de dimensión milimétrica que, en el mejor de los casos, vive tres semanas, no más. Son gusanos redondos, los nematodos son uno de los grandes grupos en los que se clasifican los invertebrados del reino animal. Se alimenta de microorganismos y micronutrientes y en ocasiones debe soportar períodos donde el alimento es escaso. Su nombre tiene aire de cierta categoría, se llama: Caenohabditis elegans. Los estudios sobre este diminuto ser han dado lugar a la concesión de seis premios Nobel.

      Todo empezó un poco más allá de la mitad del siglo XX, en 1963. Sydney Brenner, biólogo sudafricano galardonado con el Premio Nobel de Medicina en 2002, escogió este gusano como modelo de organismo que podía servir de puente, o enlace, entre la biología molecular ─diez años antes se había descubierto la estructura del ADN─ y la neurobiología. El proyecto que Brenner emprendía era el de elaborar un “mapa” completo del gusano, de sus genes, de sus células, de su sistema nervioso, de todo.

      Probablemente Brenner eligió este nematodo porque es un organismo pluricelular que tiene sus células organizadas formando órganos y sistemas bastante simples. A pesar de su pequeñez tiene un sistema digestivo formado por estoma (o boca), faringe e intestino. También dispone de órganos sexuales (gónadas) y un sistema nervioso muy primario. El C. elegans no tiene ojos, pero presenta cierta capacidad para percibir algunas frecuencias lumínicas. Además, su cuerpo es transparente, lo que posibilita visualizar, con técnicas de microscopía, algunos de sus procesos biológicos.

      Sydney Brenner lo logró, actualmente se dispone del genoma completo y de un mapa del desarrollo de cada una de sus células. El tipo más corriente de esta criatura viva, la hermafrodita, posee únicamente 959 células de las cuales 302 son neuronas. En 1984 se completó el mapa con sus ocho mil sinapsis. Después sucedió que no había demasiadas ideas claras y fácilmente comprensibles sobre el funcionamiento de todo el sistema conjunto. Conocer las conexiones permite a los investigadores diseñar experimentos para estudiar las respuestas del gusano ante estímulos en su pequeño mundo, pero poco más. El conectoma (así se llama ahora.  Un conectoma (es un mapa de las conexiones entre las neuronas del cerebro. La producción y el estudio de los conectomas se conoce como conectómica) planteaba muchas hipótesis a las que había que poner a prueba, alterando el sistema, por medio de modificaciones genéticas o quitando células, y verificando los efectos. Hoy día, en 2022, los trabajos sobre estos humildes gusanos siguen imparables y se conoce bastante bien cómo el animalito percibe su entorno y de cómo se comporta.

      Es fácil notar todo lo que hay contenido de neurociencia en el gusano C. elegans pero, afortunadamente, hay muchísimo más. Hoy sabemos que las enfermedades por alteración en la conformación de las proteínas, como el Alzheimer, la enfermedad de Huntington y la de Parkinson, resultan del plegamiento anómalo de las proteínas, dotándoles de una estructura fibrilar diferente a la que se denomina “amiloide”. El estudio de estos “amiloides” han convertido al Caenorhabditis elegans en un organismo modelo para el descubrimiento de compuestos que permitan alargar la esperanza de vida y/o la reducción de la parálisis corporal de pacientes con Alzheimer, ya que estos ─y otros gusanos también─ desarrollan agregados amiloides de diferentes tamaños, parecidos a los que aparecen en cerebros afectados de Alzheimer.

      Aún hay futuro para estos diminutos animales.

La herramienta del futuro: la optogenética

 

      La optogenética se ha convertido en una de más prometedoras herramientas clínicas del futuro. Francis Crick, uno de los descubridores del ADN con James Watson, profetizó, en 1999, las increíbles ideas que se podrían desarrollar sobre unas neuronas que se modificarían mediante la ingeniería genética de manera que unos rayos de luz que incidieran sobre ellas pudiese activarlas, o bien, desactivarlas.

      Imaginemos por unos instantes que podemos desactivar una serie de neuronas ─o un circuito neuronal completo─ que está deteriorado y, que precisamente, es el que produce los temblores del Parkinson, ¿no es factible llegar a la conclusión de que estos temblores desaparecerían? Igualmente podríamos imaginar que si desactivamos el circuito neuronal ─o una de sus partes─ que provoca los ataques epilépticos estos acabarían. Activar, o desactivar, neuronas es el núcleo fundamental de esta tecnología que se ha denominado optogenética.

      Alrededor de cinco años más tarde de lo que comentó F. Criks, en 2005, el neurocientífico estadounidense Karl Deisseroth y su equipo utilizaron un virus benigno para introducir un gen de un tipo de algas sensible a la luz azul en neuronas de una rata. Estas neuronas adquirieron la singular propiedad, la de activarse al ser expuestas a luz azul. Pronto se encontró otro gen ─esta vez en una bacteria─ que podía ser añadido a las neuronas de un modo similar, de modo que la activación de las neuronas se interrumpía cuando se exponían a la luz verde, ¡ya se había hallado un interruptor de encendido y apagado! ¡Un dispositivo ON-OFF!

      Hoy día, muchísimos de laboratorios de investigación en todo el planeta utilizan muy parecidas técnicas para indagar sobre el mecanismo de activación/desactivación de partes del cerebro con un control sin precedentes: a partir de una luz determinada. Se ha dicho que es la técnica más revolucionaria de la neurociencia de las ultimas décadas. Así que el secreto está en modificar genéticamente neuronas para que produzcan proteínas sensibles a la luz. Las que dan resultado se llaman "opsinas" y se encuentran en algunas algas y en otros organismos.

      Aquí surge de inmediato una pregunta: ¿Cómo se hace actuar a la luz sobre las neuronas? Aunque a veces se haga incidir sobre la superficie. sobre del cráneo, lo normal es implantar pequeñísimos emisores en el interior del cerebro, en los próximos años es muy posible que se produzcan grandes avances en forma de inyectar luz a las neuronas, el laser también es una opción. Por supuesto que estas técnicas también se podrán emplear para incrementar y mejorar el rendimiento cognitivo. 

      Hace relativamente poco tiempo, un neurocientífico belga, Win Vanduffel, profesor de la «Harvard Medical School» ha modificado una región de los lóbulos frontales de dos monos para permitir una activación generalizada inducida por la luz. Cuando se iluminaba esta zona con luz azul, los monos eran mucho más rápidos en tareas de búsqueda de determinados objetos en un laberinto. También se han descubierto proteínas que reaccionan a la luz amarilla. 

      Esta técnica de la optogenética aún no es aplicable a los seres humanos, quizás queden varias décadas para ello. El empleo de virus modificados genéticamente es complicado y presenta problemas, quizás el principal radica en que el virus penetre únicamente en las neuronas del circuito neuronal deseado y elegido previamente. Si se descubre algún otro medio para introducir las proteínas sensibles a la luz, se confía en poder aprovechar descubrimientos realizados en ratones y relacionados con la recuperación de lesiones en la médula espinal e incluso con la acción neuronal en la depresión.

      Aunque las esperanzas son grandes, las aplicaciones clínicas todavía están lejos.

Neurociencia y patologías

      Esta mañana en el bar, mientras consumía un reconfortante y opíparo desayuno con unos amigos que siguen mi 'blog', me animaban ellos a seguir tratando ─y estudiando─ sobre las neurociencias y me pedían que escribiese algo sobre las neurociencias clínicas; esas que se refieren a la rama de la medicina que se centra en el sistema nervioso.

      Me excusé, como es lógico, diciendo que ese era un tema de especialización médica en el que no me gusta entrar, comenté también que en realidad es asunto de muchas especialidades médicas: neurólogo, neuropsicólogo, neurocirujano, psiquiatra, radiólogos y otros.

      No es demasiado sorprenderte ver el interés (casi se podría decir "interés popular") que hay por las patologías del sistema nervioso central (SNC). Todo lo relativo al cerebro y a la médula espinal ─que son el “centro de procesamiento” de todo el sistema nervioso─ afecta a muchas personas directa o indirectamente. Según algunas estadísticas la enfermedad de Alzheimer figura como la primera causa de demencia neurodegenerativa en el mundo, eso supone que sea un problema sanitario necesitado de especial consideración. Y debido a que los casos de esta enfermedad aumentan muchísimo a partir de los 65 años, el progresivo envejecimiento de la población española hace que la estadística sea aún más dramática. En España, entre un 3 y un 4% de la población de entre 75 y 79 años está diagnosticada de Alzheimer, unas cifras que aumentan hasta el 34% en mayores de 85 años.

      Además, la Sociedad Española de Neurología (SEN) estima que alrededor del 15% de la población mayor de 65 años padece deterioro cognitivo leve y que, en el 50% de los casos, sería debido a la enfermedad de Alzheimer.

      Otro de mis amigos comentó:

      ─¿Y el Parkinson?

      Medio en broma y medio en serio le dije que no me gusta hablar de estos temas y después le respondí:

      ─La enfermedad de Parkinson también es una enfermedad progresiva del sistema nervioso que afecta al movimiento. Los síntomas comienzan poco a poco. A veces, se inicia con un temblor que apenas se nota en una sola mano. Los temblores son habituales, aunque la enfermedad también suele causar rigidez o disminución de las capacidades de movimiento.

      Uno de mis amigos levantó su mano derecha y se quedó muy atento mirándola. Pasados unos instantes de su contemplación dijo:

      ─Los tres hemos pasado ya, de sobra, los 65 tacos.

      ─¡Pues aquí estamos! ─exclamó el otro.

      Quise cambiar de tercio y les comenté:

      ─Voy a pedir ahora un café solo bien cargado.

      Me miraron con cara un poco extraña y entonces añadí:

      ─¿Sabéis que algunas investigaciones pretenden haber demostrado que las personas que consumen cafeína contraen la enfermedad de Parkinson con menos frecuencia que las que no lo hacen? Y dicen también que té verde también está relacionado con un riesgo menor de tener la enfermedad de Parkinson.

      Manuel dijo con énfasis:

      ─Yo no me creo esas cosas.

      ─Haces muy bien ─dije yo─. Todavía se desconoce si la cafeína en realidad previene la enfermedad de Parkinson, o si está relacionada con ella en algún aspecto. Hoy por hoy, no existen evidencias suficientes que indiquen que tomar bebidas con cafeína tenga un efecto protector contra el Parkinson.

Los aparatos de la neurociencia

      Sin duda el gran salto de las neurociencias, desde sus principios hasta hoy día, ha sido debido a la disponibilidad de aparatos de observación de la actividad cerebral que han aportado una enorme cantidad de datos e información, al igual que ha sucedido en otras ciencias como en la astronomía con el telescopio espacial Hubble o a la biología y otras ciencias con la microscopía electrónica.

      Pero tenemos que señalar primero la electroencefalografía (EEG), que ha desempeñado un papel importantísimo al revelar los cambios de la actividad eléctrica en los patrones cerebrales ─milisegundo a milisegundo─ mientras hacemos diversas tareas o pasamos por distintas fases del sueño. Desde luego hay que reconocer sus limitaciones y saber que la EEG es poco efectiva a la hora de asignar funciones a regiones específicas del cerebro.

      Y citada la EEG no me resisto a contar, aunque sea brevemente, la historia de Hans Berger (1873─1941) neurólogo y psiquiatra alemán, considerado en la actualidad como el padre de la electroencefalografía.

      Cuando tenía diecinueve años, en 1892, participaba en unas maniobras militares y en un desgraciado accidente estuvo casi a punto de perder la vida aplastado por un cañón. Aquel mismo día recibió un telegrama de su hermana, que le preguntaba por su salud, esa coincidencia lo llevo a pensar en la existencia de la telepatía. A partir de ese momento se dedicó con pasión a tratar de encontrar y medir lo que él denominó «energía psíquica». En sus intentos de hallar la procedencia de esa «energía psíquica», buscó la manera de medir los flujos sanguíneos en el cerebro haciendo registros de la actividad eléctrica en el mismo. Esto lo hacía en su laboratorio de la ciudad alemana de Jena, en 1902. Como podemos suponer los equipos de que disponía en aquella época ─recién iniciado el siglo XX─ era muy rudimentarios y sus intentos fracasaron.

      No obstante Berger era un hombre muy perseverante y, de vez en cuando ─a lo largo de más de veinte años─ emprendía nuevos experimentos e intentos. Ya por fin, en 1924, ensayó con un nuevo dispositivo, que usaba dos electrodos grandes fabricados con unas láminas muy finas de plata, que se aplicaban en la frente y en la nuca de la persona y, por la otra parte, se conectaban a un amplificador electrónico de válvulas de vacío que tenía de salida un voltímetro. Con este rudimentario aparato logró obtener registros eléctricos del cerebro de su hijo Klaus.

      Estuvo cinco años más trabajando en solitario y perfeccionando el sistema hasta que en 1929 publicó un primer artículo sobre su «Elektrenkephalogramm». Lamentablemente tuvo poco respaldo de la ciencia alemana de entonces y debió esperar hasta que sus descubrimientos se confirmaron en Inglaterra en 1934.

      La historia de este hombre de ciencia no terminó bien, con la entrada del nazismo en Alemania, Hans Berger fue destituido de su cargo como jefe de la Unidad de Psiquiatría de la Universidad de Jena. Finalmente, el 1 de junio de 1941 se suicidó.

Deshaciendo más entuertos sobre el cerebro

 

      Ya lo he dicho. He decidido dar un vuelco a mi vida y dedicarme al estudio del cerebro, abandono cualquier interés que pueda tener por Pedro (Antonio) Sánchez y sus titiriteros o por los desvaríos de Carmen Calvo. A partir de ahora en adelante aquí publicaré cosas relativas a los diversos campos de la neurociencia, campos que son muy variados y todos de gran interés. Los hay para todos los gustos, desde el molecular y celular que se ocupa del funcionamiento de las proteínas, moléculas y células del sistema nervioso, hasta la neurociencia computacional que estudia modelos matemáticos de las redes neuronales y sus conexiones, pasando por la neurofisiología, la clínica, la neurofarmacología y otras.

      Mi interés se centra más en la rama cognitiva. La neurociencia cognitiva es la que estudia los mecanismos cerebrales que acompañan a las funciones cognitivas, es decir, la atención, la memoria, el lenguaje, la percepción espacial, y más allá, la planificación, el autocontrol o la toma de decisiones como funciones ejecutivas. Estas funciones son la base de lo que definimos como inteligencia. También, lógicamente, es la que en estos momentos estoy más preparado para abordar.

     En el escrito anterior trataba sobre la repetida falacia, esa de que utilizamos únicamente el 10% del cerebro y que si utilizásemos sólo el 50% todos seríamos genios, incluso, muy superiores a Leonardo da Vinci o a Albert Einstein. Decíamos que bastaba pensar un poco en cualquier actividad, por ejemplo, conducir una motocicleta, y en eso teníamos que procesar muy distintos tipos de información; la sensorial, ¿viene un coche por detrás?, la cognitiva, ¿voy más rápido por aquí?, la motora, ¿debo disminuir la velocidad por la lluvia? Es evidente que si el cerebro trabajase al 10% de sus posibilidades entonces no podríamos conducir ni una bicicleta de tres ruedas.

      Otro de los tópicos más extendidos es el de que el cerebro no crea nuevas neuronas a todo lo largo de la vida.

      Durante mucho tiempo se ha creído (y hay gente que todavía piensa así) que se nace con una cantidad fija de neuronas, que esa cantidad es inamovible y que únicamente se desarrollan e incrementan las conexiones neuronales a base del aprendizaje. Esto no es así, modernas investigaciones en neurogénesis son opuestas a estas teorías. En el sistema nervioso se siguen creando tanto nuevas neuronas como también neuroglías (células gliales) para soporte y mantenimiento de todo el sistema neuronal. Y lo más sorprendente quizás sea que existe la llamada neurogénesis adulta pues se ha constatado, y probado, que las personas, incluso de avanzadas edades, siguen generando neuronas y neuroglias; basta para ello seguir unos buenos hábitos de vida, buena alimentación, actividades físicas adecuadas a la edad y suficientes horas de sueño, potencian la neurogénesis.

      Termino hoy con una frase de Don Santiago Ramón y Cajal, nuestro primer y gran neurocientífico. Él dijo algo para enmarcar y tener siempre presente: «En la vejez no nos deben preocupar las arrugas del rostro, sino las del cerebro».

Eso que aún dicen del 10% del cerebro

 

      Cuando uno empieza a estudiar una materia es muy necesario deshacerse de mitos y falsedades preconcebidas que siempre existen sobre ella. Y sobre el encéfalo y sus potencialidades, desde hace muchos años, existe la incorrecta creencia ─muy extendida─ de que únicamente utilizamos el 10% de nuestro cerebro. Sorprende observar que aún hoy, en el siglo XXI, cuando las neurociencias han avanzado tanto y se posee tantísima información, todavía siguen propagándose estas inexactitudes. En cierta manera han pasado a formar parte del saber popular.

      La neurociencia actual sabe, y lo sabe desde hace bastante tiempo tiempo, que en todas y cada una de las tareas que realiza el cerebro ─incluso aquellas que nos pueden parecer más insignificantes─ se ponen en marcha múltiples áreas sensoriales, cognitivas y motoras, ya que un estímulo que ponga en marcha un red neuronal, en cuestión de unas pocas milésimas de segundo activará otras áreas.

      Realmente, y sea cual sea la experiencia humana a que nos refiramos, de manera consciente, o metaconsciente se comienza un recorrido y se pone en acción un grupo de movimientos que un cerebro nunca podría realizar si sólo usara un 10% su capacidad.

      Acabo de utilizar los vocablos relativos a la consciencia y a la metaconsciencia y quizás convenga aclarar esto un poco. La consciencia podría ser definida (aunque, sin duda, con muchas limitaciones) como la facultad de interpretar y la capacidad de reconocer la realidad circundante a un sujeto en un momento determinado. La metaconsciencia sería lo que está "más allá de la consciencia", lo de fuera de la consciencia, el reino de lo inconsciente. Se trataría, ya no de interpretar y reconocer la realidad, sino lo que está por encima de esa realidad y por ahí habría creencias, fantasías, ingenio, imaginación, creatividad... En paralelo a esto debemos distinguir la "conciencia" que sería algo así como el conocimiento interno y enjuiciamiento moral de los actos propios.

      Quizás el siguiente ejemplo nos lo podría aclarar más.

      Cuando levantamos la mano para coger un vaso de vino que está encima de la barra de un bar, hay un grupo de neuronas que se ponen en funcionamiento para que lo podamos reconocer. Luego, comienzan a trabajar las cortezas premotora y motora para que el brazo y la mano se muevan. También aquí intervendrá el cerebelo, ya que es una área vital para el control de actividades musculares rápidas.

      Si el acto de tomar el vaso con la mano se acompaña con una sonrisa de satisfacción participarán regiones prefrontales ya que ellas están implicadas en el proceso cognoscitivo, también parte de las neuronas espejo, que son neuronas relacionadas con la empatía y el núcleo accumbens si el momento es suficientemente placentero.

      Pero esto es sólo una parte, pues no se activarán las mismas zonas si está detrás del mostrador un camarero con cara de pocos amigos o una guapa chica, o si está a tu lado alguien que te cae mal.

      Visto esto es fácil imaginar que si el cerebro utilizara el 10% de su capacidad, algo tan simple, como coger una vaso de vino de un mostrador sería algo imposible.

Incursión ilusionada

      Cuando terminamos la licenciatura en Ciencias Físicas las salidas profesionales no eran demasiadas, muchos de mis compañeros tuvieron que optar por caminos diferentes, el más habitual entonces era, sin duda, la enseñanza. Algunos colegas muy atrevidos, eligieron el camino de las neurociencias. Entonces este campo era novedoso, de todo ello se sabía poco y sus posibilidades para investigar eran infinitas.

      La neurociencia es un cúmulo de disciplinas científicas que tratan sobre el sistema nervioso desde diversos puntos de vista, con el propósito de tratar de comprender los mecanismos que regulan el control de las reacciones nerviosas y del proceder del cerebro.

      Para los físicos era muy atractivo saber que las células nerviosas mandan mensajes a otras a través de unas fibras (los axones), en forma de patrones eléctricos codificados o impulsos nerviosos. Ya se conocía que cada uno de esos impulsos era de, aproximadamente, una décima de voltio y que tenía una duración cercana a las dos milésimas de segundo. Entonces también se hacían investigaciones sobre las velocidades del citado impulso y de cómo se movía a lo largo del axón a velocidades de hasta 130 m/s. Era un campo fascinante y atrajo a muchos. También me llamó mucho la atención pero las ocasiones y oportunidades de pasarme al campo de la neurociencia no fueron las propicias.

      Desde luego el hecho de pensar que en cada milímetro cúbico de materia gris encierran 4 km de interconexiones es algo espeluznante y sugerente para un físico. Las posibilidades de estudio de maquinaria enormemente compleja que funciona con una media de 86.000.000.000 neuronas que procesan toda clase de informaciones acompañadas de otro número impresionante de neuroglías (células gliales) que asisten y acompañan a todo el sistema neuronal es algo grandioso.

      Siempre ha dormido en mí la ilusión de aprender algo del cerebro, de su estructura, sus funciones, sus bases químicas y biológicas, o de las alteraciones patológicas. Desde hace años, cada vez que caía cerca de mí alguna información neurocientífica la absorbía con afán insaciable y hace unos meses me pregunté: ¿por qué no te pones ahora a estudiar lo que siempre has querido?

      ¿Y sabéis lo que he hecho...? Pues estoy como un chico imberbe ─ilusionado y entregado─ al estudio de la neurociencia.

      A mi edad, ya un tanto provecta, poco voy a poder aportar a esta ciencia pero, seguro, que ella me aportará mucho a mí.

La neuroplasticidad necesaria

      Al principio uno intenta capear el temporal y seguir como siempre, como si tal cosa no ocurriese, pero es inútil; si la embestida es fuerte hay que alterarlo todo. Otro ritmo, otro camino, otra vía...

      Hace ya unas semanas que no salía por aquí a contar algo en mi blog. Lo he tenido abandonado y no he tenido humor ni ganas para expresarme y comentar algo. Todos sabemos que a veces la vida da un vuelco y todo cambia, los ritmos de ayer no valen y hay que emprender otros caminos. Algo de esto me ha sucedido y he visto en primera persona como el advenimiento de unas circunstancias adversas obligan a variar la letra y música de la vida.

      Realmente, en este intervalo de tiempo que he estado fuera de presencia en el blog, han sucedido muchas cosas; cosas ─algunas trágicas─ que ahora no voy a relatar, pero que han sido determinantes para rotar el timón y cambiar de rumbo.

      Neuroplasticidad. Eso es, neuroplasticidad...

      Ahora pensaba en eso, ¿cómo se adapta nuestro cerebro a los cambios drásticos?

      La neuroplasticidad se define de una forma simple como la capacidad que posee el cerebro para recuperarse, reestructurarse y adaptarse a nuevas situaciones. Es la mente que se proyecta sobre la materia. O, quizás, es algo más que eso, es la propia mente que se transforma en materia cuando nuestros pensamientos generan nuevos crecimientos neuronales. Hay que modificar, variar, la neuro-estructura, construir una nueva.

      Todos nuestros pensamientos, miedos, preocupaciones, inquietudes y esperanzas se encuentran en las neuronas de nuestro cerebro. Así que no hay más remedio, habrá que ganar “musculatura” neuronal para la batalla que viene. Y a esto nos ayuda la neurociencia. Sé perfectamente que para crear una potente ─y nueva─ neuro-estructura hay que evitar los traumas y el estrés emocional porque estos elementos activan la producción de glucocorticoides en el cerebro y esas sustancias inhiben la neurogénesis. Así que vamos a calmarnos.

      En fin... Esto no es nada más que un intento de hallar una pizca de serenidad, no sé sí es, o no es, válido, pero es eso; un pequeño desahogo, algo de calma...